一种用于从含有磷、氮和碳的动物粪便中除去磷的方法

技术领域

本发明属于生态环保技术领域，具体涉及一种用于从含有磷、氮和碳的动 物粪便中除去磷的方法。

背景技术

随着人口的增长和经济的发展，农业废物处理是人类面临的一个大问题， 畜牧产生的粪便超过农业生产回收利用的粪便量的需要。尤其是在在高浓度畜 牧业生产系统，影响可持续发展的主要问题是氮、磷不平衡，以动物粪便作为 肥料时，其所含有的营养物质与作物所需营养物质的比例差异很大，所以当基 于作物的氮要求量来施加粪便时，磷就会过量，过量磷施加导致磷累积在土壤 中，磷随着径流导致地表水的富营养化等，富营养化限制渔业、休闲等产业用 水。因此，采取有效措施控制以动物粪便为肥料的磷的含量，可以在很大程度 上避免水体的富营养化。

目前，对于城市污水、化工生产污水等的除磷技术比较多，但还没有一种 比较好的能够有效除去动物粪便中的磷的技术。

发明内容

为了解决以上现有技术的缺点和不足之处，本发明的目的在于提供一种用 于从含有磷、氮和碳的动物粪便中除去磷的方法。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种用于从含有磷、氮和碳的动物粪便中除去磷的方法，包括以下步骤：

(1)将动物粪便过筛并用水稀释，搅拌均匀，用酸调节至pH值为3.2～4.0 进行水解反应，水解反应完全后，静置，进行固液分离，得到水解反应的液体 部分和固体部分；

(2)将步骤(1)得到的液体部分用碱调节至pH为8.0～11.0，然后加入絮 凝剂将磷进行沉淀，得到去除磷的液体部分和沉淀的含磷固体；

(3)将步骤(2)沉淀的含磷固体进行过滤，回收过滤产生的液体部分。

上述步骤(1)、步骤(2)和步骤(3)可以是一个连续的循环过程：即步 骤(3)过滤产生的液体部分与步骤(1)连续生产得到的水解反应的液体部分 一起重复进行步骤(2)和步骤(3)的处理过程。

所述酸可以实现对磷的选择性水解反应，这个过程可以快速地水解有机含 磷化合物，以便于后续对磷的去除；优选地，所述酸是那些不含磷或氮的酸， 如柠檬酸、草酸、苹果酸、盐酸和硫酸中的一种或几种的混合；更优选柠檬酸。

所述的过筛优选经5～5.6mm的筛子过筛；所述的用水稀释是指用2～4倍量 的水稀释；所述的调节PH是指调节pH值至3.6；所述的静置是指静置5h以上。

步骤(1)中所述的液体部分包含的可溶性磷不小于3.6g/L；所述的固体部 分含有的N:P大于4，固体部分含有的磷不超过动物粪便总磷的30％。

步骤(2)中所述的碱的作用是与磷形成含碱土金属的磷化合物，优选地， 所述碱为氢氧化钙、氢氧化镁、氧化钙和氧化镁中的一种或几种的混合。

所述絮凝剂可以提高沉淀的产物的沉淀量，优选地，所述絮凝剂为聚合氯 化铝、聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺混合物；更优选聚合氯化铝、聚合硫酸铁和聚 丙烯酰胺的质量比9:4:1的混合物。

所述沉淀的时间不少于40分钟。

本发明的方法具有如下优点及有益效果：

(1)本发明的一种用于从含有磷、氮和碳的动物粪便中除去磷的方法，整 个过程采用连续沉降操作，除磷效率高，成本低；

(2)本发明的一种用于从含有磷、氮和碳的动物粪便中除去磷的方法，在 除去磷的同时，对其他元素的含量，如氮含量无明显的影响。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限 于此。

实施例1

一种用于从含有磷、氮和碳的动物粪便中除去磷的方法，具体操作步骤如 下：

(1)将20g动物粪便研细，经5mm的筛子过筛，加入1.5倍量的水稀释后， 搅拌均匀，在10℃的温度下，用质量浓度为37％的乙酸、柠檬酸和盐酸将上述 稀释后的粪便pH值调节至为3.2，在往复式摇床中震荡1小时，震荡频率约130 次/分钟，进行水解反应，待水解反应完全后，静置5h以上，用离心机1200r/min 离心6分钟，进行固液分离，得到水解反应的液体部分和固体部分，其中所述 液体部分包含的可溶性磷不小于3.6g/L，所述固体部分含有的N:P大于4，且 固体部分含有的磷不超过所述动物粪便的总磷的30％；用酸可以实现对磷的选 择性水解反应，这个过程可以快速地水解有机含磷化合物，以便于后续对磷的 去除；

(2)将步骤(1)中水解反应的液体部分用氢氧化钙、氢氧化镁和氧化钙 调节至pH为8.0，再用质量比9:4:1的聚合氯化铝、聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺的 混合物作为絮凝剂，在絮凝反应池中将磷进行沉淀，沉淀时间不少于40分钟， 得到去除磷的液体部分和沉淀的含磷固体。

(3)上述步骤(1)与步骤(2)是一个连续的过程，将步骤(2)得到的 沉淀的含磷固体进入过滤器过滤，过滤产生的液体部分再次循环返回到步骤(2) 的絮凝反应池中，与上述步骤(1)连续生产得到的水解反应的液体部分一起再 次用碱调节至pH为8.0，然后再用絮凝剂进行沉淀，如此反复。

实施例2

一种用于从含有磷、氮和碳的动物粪便中除去磷的方法，具体操作步骤如 下：

(1)将20g动物粪便研细，经5.3mm的筛子过筛，加入2.5倍量的水稀释 后，搅拌均匀，在27℃的温度下，用质量浓度为55％的柠檬酸将上述稀释后的 粪便pH值调节至为3.6，在往复式摇床中震荡1小时，震荡频率约130次/分钟， 进行水解反应，待水解反应完全后，静置5h以上，用离心机1350r/min离心8 分钟，进行固液分离，得到水解反应的液体部分和固体部分，其中所述液体部 分包含的可溶性磷不小于3.6g/L，所述固体部分含有的N:P大于4，且固体部 分含有的磷不超过所述动物粪便的总磷的30％；用酸可以实现对磷的选择性水 解反应，这个过程可以快速地水解有机含磷化合物，以便于后续对磷的去除；

(2)将步骤(1)中水解反应的液体部分用氢氧化钙、氢氧化镁和氧化钙 调节至pH为9.5，再用质量比9:4:1的聚合氯化铝、聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺的 混合物作为絮凝剂，在絮凝反应池中将磷进行沉淀，沉淀时间不少于40分钟， 得到去除磷的液体部分和沉淀的含磷固体。

(3)上述步骤(1)与步骤(2)是一个连续的过程，将步骤(2)得到的 沉淀的含磷固体进入过滤器过滤，过滤产生的液体部分再次循环返回到步骤(2) 的絮凝反应池中，与上述步骤(1)连续生产得到的水解反应的液体部分一起再 次用碱调节至pH为9.5，然后再用絮凝剂进行沉淀，如此反复。

实施例3

一种用于从含有磷、氮和碳的动物粪便中除去磷的方法，具体操作步骤如 下：

(1)将20g动物粪便研细，经5.6mm的筛子过筛，加入3.5倍量的水稀释 后，搅拌均匀，在45℃的温度下，用质量浓度为37％的乙酸、柠檬酸和盐酸将 上述稀释后的粪便pH值调节至为4.0，在往复式摇床中震荡1小时，震荡频率 约130次/分钟，进行水解反应，待水解反应完全后，静置5h以上，用离心机 1500r/min离心10分钟，进行固液分离，得到水解反应的液体部分和固体部分， 其中所述液体部分包含的可溶性磷不小于3.6g/L，所述固体部分含有的N:P大 于4，且固体部分含有的磷不超过所述动物粪便的总磷的30％；用酸可以实现 对磷的选择性水解反应，这个过程可以快速地水解有机含磷化合物，以便于后 续对磷的去除；

(2)将步骤(1)中水解反应的液体部分用氢氧化钙、氢氧化镁和氧化钙 调节至pH为11.0，再用质量比9:4:1的聚合氯化铝、聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺 的混合物作为絮凝剂，在絮凝反应池中将磷进行沉淀，沉淀时间不少于40分钟， 得到去除磷的液体部分和沉淀的含磷固体。

(3)上述步骤(1)与步骤(2)是一个连续的过程，将步骤(2)得到的 沉淀的含磷固体进入过滤器过滤，过滤产生的液体部分再次循环返回到步骤(2) 的絮凝反应池中，与上述步骤(1)连续生产得到的水解反应的液体部分一起再 次用碱调节至pH为11.0，然后再用絮凝剂进行沉淀，如此反复。

实施例4

一种用于从含有磷、氮和碳的动物粪便中除去磷的方法，具体操作步骤如 下：

(1)将20g动物粪便研细，经5.3mm的筛子过筛，加入2.5倍量的水稀释 后，搅拌均匀，在25℃的温度下，用质量浓度为45％的乙酸、65％的柠檬酸和 50％盐酸按照体积比为1:1.2:3的比例配制成酸溶液，将上述稀释后的粪便pH值 调节至为3.6，在往复式摇床中震荡1小时，震荡频率约130次/分钟，进行水解 反应，待水解反应完全后，静置5h以上，用离心机1350r/min离心8分钟，进 行固液分离，得到水解反应的液体部分和固体部分，对液体部分的总磷含量、 总氮含量进行检测，得到的数据为：总磷含量0.593毫克、总氮含量0.021毫克；

(2)将步骤(1)中水解反应的液体部分用氢氧化钙、氢氧化镁和氧化钙 调节至pH为10.0，再用质量比9:4:1的聚合氯化铝、聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺 的混合物作为絮凝剂，在絮凝反应池中将磷进行沉淀，沉淀时间不少于40分钟， 得到去除磷的液体部分和沉淀的含磷固体。

(3)上述步骤(1)与步骤(2)是一个连续的过程，将步骤(2)得到的 沉淀的含磷固体进入过滤器过滤，过滤产生的液体部分再次循环返回到步骤(2) 的絮凝反应池中，与上述步骤(1)连续生产得到的水解反应的液体部分一起再 次用碱调节至pH为10.0，然后再用絮凝剂进行沉淀，如此反复。

实验对比：

对比例:对比例与实施例4相比，不同之处在于将步骤(1)中的加入酸溶 液调节PH的过程替换为加入同等量的蒸馏水，其余部分完全相同。

对本对比例得到的水解反应的液体部分的总磷含量、总氮含量进行检测， 得到的数据为：总磷含量0.012毫克、总氮含量0.018毫克。通过与实施例4的 对比可知，用酸可以实现对磷的选择性水解反应，这个过程可以快速地水解有 机含磷化合物，以便于后续对磷的去除。

将实施例4与对比例中最后所得的液体部分及未经处理的动物粪便进行总 磷含量和总氮含量的检测，结果如表1所示：

表1总磷含量和总氮含量检测结果

由表1结果可以看出：本发明的方法能够除去87.08％的磷，且对氮含量的 影响非常小。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实 施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、 替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。